鑄鐵的腐蝕性能

關于鑄鐵的腐蝕性能普通灰鑄鐵（包括孕育鑄鐵）（片狀石墨）；蠕墨鑄鐵；球墨鑄鐵；可鍛鑄鐵（團狀石墨，強度和韌性好，是白口鑄鐵經(jīng)熱處理后得到的）。4.1.1鑄鐵的分類:1、按斷口分：灰口鑄鐵、白口鑄鐵（硬而脆）、麻口鑄鐵2、按合金化程度分：3、按石墨形態(tài)分：普通鑄鐵、合金鑄鐵（特殊性能鑄鐵，耐蝕鑄鐵、耐熱鑄鐵、耐磨鑄鐵）第2頁,共28頁，2024年2月25日，星期天

鑄鐵為鐵、碳、硅三元合金，一般鑄鐵組織主要有鐵素體、滲碳體、石墨三個相。4.1.2鑄鐵腐蝕的基本原理1、鑄鐵的組織：

在電解質(zhì)溶液中，石墨電極電位最高（+3.7V），滲碳體次之，鐵素體較低（-0.44V）。因此，發(fā)生電化學腐蝕時，一般是形成以石墨或滲碳體為陰極，鐵素體為陽極的原電池，造成腐蝕破壞。2、腐蝕原因：第3頁,共28頁，2024年2月25日，星期天3、石墨以中等大小，互不相連為好，球狀或團絮狀比片狀好。4.1.3提高鑄鐵耐蝕性所希望的組織:1、基體最好是致密均勻的單相組織，如：奧氏體或鐵素體（珠光體不如鐵素體耐蝕）2、碳以碳化物形式存在為好（因為滲碳體與鐵素體形成的原電池比石墨與鐵素體形成的原電池的電動勢小）第4頁,共28頁，2024年2月25日，星期天4.2鐵銹的形成

γ-Fe2O3.H2O；α-Fe2O3.H2O；FeOx（OH）3-2x（非晶態(tài)）。4.2.1鐵銹結構

鋼鐵表面上形成銹層時通常分為內(nèi)外兩層。外層疏松，結合不牢，內(nèi)層較致密，同基體結合較牢。

主要由三部分組成：第5頁,共28頁，2024年2月25日，星期天2、先生成γ-Fe2O3.H2O，然后再部分或全部地變成α-Fe2O3.H2O，即：Fe（溶解）→Fe2+（經(jīng)水分解）→FeOH+（空氣氧化）→γ-Fe2O3.H2O（溶解、沉積）→FeOx（OH）3-2x（固相轉化、老化）→α-Fe2O3.H2O4.2.2形成過程1、鐵銹主要是鐵的三價氧化物，它不是由鐵一次氧化形成的，而是經(jīng)由二價鐵離子進一步氧化生成的。3、鋼鐵在酸溶液中的腐蝕產(chǎn)物是可溶的，不生成鐵銹，在弱酸性、中性或堿性水溶液中能生成銹層，第6頁,共28頁，2024年2月25日，星期天4.3鑄鐵中合金元素對耐蝕性的影響

3、使鑄鐵表皮層下形成致密而牢固的保護膜。如形成SiO2，Al2O3，Cr2O3，4.3.1合金元素提高鑄鐵耐蝕性的主要作用：1、改變某些相的電位，降低原電池的電動勢。如Cr，Mo，Cu，Ni，Si等，可提高基體的電極電位。2、改善組織，使電池數(shù)量減少，電動勢變小。如加入硅14～18%，得到單一鐵素體組織，加入錳得到單一奧氏體組織。第7頁,共28頁，2024年2月25日，星期天

原因：硅的大量加入，使鐵的表面形成比較致密與完整的Si02保護膜，這種膜具有很高的電阻率和較高的電化學穩(wěn)定性。隨著含硅量的增加，使致鈍電流密度和維鈍電流密度都大大降低，提高了鑄鐵的鈍態(tài)穩(wěn)定性。4.3.2鑄鐵中主要合金元素的作用1、Si，是提高鑄鐵耐酸性的主要元素。第8頁,共28頁，2024年2月25日，星期天2、Ni：原因：Ni使腐蝕電位向正方向移動。主要作用：一方面提高了鐵的化學穩(wěn)定性，同時又促進了鐵的鈍化。（高鎳鑄鐵不僅對氧化性介質(zhì)，而且對還原性介質(zhì)都有較高的耐蝕性。）第9頁,共28頁，2024年2月25日，星期天原因：鉻是一種易鈍化金屬，在氧化性介質(zhì)中能使表面形成牢固而致密氧化膜。3、Cr：主要作用：使合金鑄鐵具有高的耐熱性，而且提高了鑄鐵在氧化性腐蝕環(huán)境中的耐蝕性。第10頁,共28頁，2024年2月25日，星期天

4、Mo：主要作用：改善合金鑄鐵在還原性酸及氯化物溶液中的耐蝕性。原因：在酸性氯化物溶液中，表面膜中的MoO3具有很高的穩(wěn)定性。但是，只有在含有硅、鉻、鉬等元素的合金中，多孔的MoO3才能充分發(fā)揮其改進合金鑄鐵表面膜性能的作用。第11頁,共28頁，2024年2月25日，星期天原因：極易形成保護性良好的氧化膜。5、Al：主要作用：一定量的鋁，可使鑄鐵具有良好的耐熱性，而且在多種酸性溶液中具有很好的耐蝕性。第12頁,共28頁，2024年2月25日，星期天在高硅鐵中作用較為明顯，加入6.5～10%的銅，可以大大改善鑄鐵的耐熱硫酸的腐蝕能力。原因被認為是銅在晶界處的析出，成為陰極元素，促進了陽極鈍化。6、Cu：Cu在鑄鐵中對耐蝕性的作用說法不一，與各方面條件有關。第13頁,共28頁，2024年2月25日，星期天

稀土元素對改善鑄鐵的耐熱性具有良好的作用。例如：稀土鎂球墨鑄鐵不僅具有良好的耐熱性，而且具有優(yōu)異的耐酸性。7、稀土元素原因：稀土具有良好的凈化作用，減少雜質(zhì)，使組織致密。第14頁,共28頁，2024年2月25日，星期天

8、其他微量元素銻：對耐蝕性的作用因腐蝕介質(zhì)不同而不同。在硫酸和硝酸中增加失重，而在鹽酸和堿液中減少失重。鈦：提高組織的致密性，改善鑄鐵的耐酸性。第15頁,共28頁，2024年2月25日，星期天對改善含磷鑄鐵在燃氣腐蝕環(huán)境中的耐腐蝕性有效。砷：可改善鑄鐵的耐酸性。但隨著含砷量的增加在堿中的耐蝕性惡化。釩與硼：鋯：可以改善鑄鐵在5%硫酸和5%硝酸及海水中的耐蝕性。第16頁,共28頁，2024年2月25日，星期天4.4常用鑄鐵的耐蝕性與耐熱性

3、對水的耐蝕性好（長期以來鑄鐵水管被廣泛應用，原因就是石墨有促進鈍化作用。）4.4.1普通鑄鐵與球墨鑄鐵的耐蝕性2、在堿溶液中的耐蝕性好；1、在大氣中的耐蝕性比碳鋼好，但在亞硫酸氣的工業(yè)大氣或鹽霧大氣中則腐蝕加劇。第17頁,共28頁，2024年2月25日，星期天6、在土壤中受腐蝕的因素很復雜，與土壤的性質(zhì)、環(huán)境和水質(zhì)等有關，一般情況下不是耐蝕的。4、不耐酸的腐蝕，含有酸性物質(zhì)時，耐蝕性下降；在氧化性酸中腐蝕速度比碳鋼低；原因：①石墨的鈍化作用消失，腐蝕電位變大。②酸性條件下，腐蝕產(chǎn)物被溶解，不能沉積覆蓋。5、在海水中耐蝕性差；原因是Cl-破壞SiO2鈍化膜。

鑄鐵腐蝕的原因：主要是組織不均勻，特別是大量石墨的存在，形成許多微電池，從而降低了鑄鐵的耐蝕性。第18頁,共28頁，2024年2月25日，星期天（2）在磷酸中耐蝕性良好。在98℃以下，各種濃度的磷酸中腐蝕率大多不超過0.1mm/年。原因：有利于形成SiO2的鈍化保護作用。4.4.2高硅鑄鐵

高硅鑄鐵是以硅為主要合金元素而獲得的Fe-Si-C合金。通常，其成分中硅含量為14.0%～18%，或更高。4-6%的鑄鐵具有耐熱性，大于13%的鑄鐵具有耐酸性。1、特點：（1）這種合金在眾多的化學介質(zhì)中具有良好的耐蝕性，主要用于硫酸工業(yè)中。第19頁,共28頁，2024年2月25日，星期天（6）高硅鑄鐵的力學性能，特別是耐熱沖擊和機械沖擊性很差，因此不能承受較大的壓力和沖擊以及溫度的劇烈變化的環(huán)境中。該材料的鑄鐵加工性能也不好（易產(chǎn)生氣孔和裂紋。）（3）在堿性溶液中的耐蝕性不好，甚至比普通鑄鐵還差。含Cl-的溶液也是這樣。（4）在鹽酸中的耐蝕性不如在硫酸和硝酸中好。這種情況下要提高耐蝕性，要把含硅量提高到18%，并加入Mo。（5）不耐亞硫酸和氫氟酸的腐蝕。（因為它們會溶解鑄鐵表面的硅酸鹽保護膜。）第20頁,共28頁，2024年2月25日，星期天這類鑄鐵組織沒有大的變化，主要是力學性能有所提高，用于活塞、缸套等。4.4.3鎳鑄鐵1、鎳的作用：

鎳是促進石墨化元素（作用不如硅，僅為硅的1/3），在鑄鐵中全部溶入基體形成固溶體，不形成碳化物。2、鎳鑄鐵的種類和特點：（1）含鎳量﹤4%的低鎳鑄鐵第21頁,共28頁，2024年2月25日，星期天

組織為奧氏體基體，石墨有片狀和球狀兩種。特點：對各種無機和有機還原性稀酸，以及各類堿性溶液都有很高的耐蝕性，但在氧化性酸中耐蝕性差。由于高鎳鑄鐵特別耐堿腐蝕，故常用來制造蘇打濃縮鍋，同時因在海水、海洋大氣或中性鹽中具有很高的耐蝕性，所以是海水淡化裝置中的理想原料。組織為馬氏體，硬度高，主要用于耐磨部件。馬氏體鑄鐵中不允許基體有殘余奧氏體，因為殘余奧氏體在外力作用下會發(fā)生馬氏體轉變，導致體積膨脹而開裂。（2）含鎳量4～6%的中鎳鑄鐵（3）高鎳鑄鐵（含鎳量14～36%）第22頁,共28頁，2024年2月25日，星期天

主要適用于600℃以下的的耐熱件，改善鑄鐵對海水和低濃度酸的耐蝕性，常用于地下管道。4.4.4鉻鑄鐵1、低鉻鑄鐵，含鉻量﹤1.0%特點：主要為了改善灰口鑄鐵或球墨鑄鐵的機械性能，以及耐熱、耐蝕性和耐磨性。第23頁,共28頁，2024年2月25日，星期天⑴特點：為白口鑄鐵，在高溫氧化和腐蝕環(huán)境下具有特別優(yōu)良的耐磨性能。最適用于氧化性腐蝕介質(zhì)2、高鉻鑄鐵，含鉻量13～35%⑵高鉻鑄鐵分類：①馬氏體高鉻鑄鐵（含鉻量12～20%）特點：硬度高（HRC57～58），耐蝕性好。第24頁,共28頁，2024年2月25日，星期天②奧氏體型高鉻鑄鐵（含鉻量24～28%）特點：是一種綜合性能非常優(yōu)秀的合金鑄鐵?？稍阼T態(tài)下直接使用，不需要熱處理；可承受很大沖擊，發(fā)生加工硬化，內(nèi)部韌性好。③鐵素體高鉻鑄鐵（含鉻量30～35%）含碳量一般低于1.5%。特點：良好的高溫抗氧化能力，在含硫氧化性氣氛中更突出。發(fā)生變形和裂紋的危險性較少。第25頁,共28頁，2024年2月25日，星期天

含鋁8%以上的鑄鐵具有良好的抗氧化性，但機械性能很差。因此一般將含鋁量降到4～6%，并加入其它元素。4.4.5鋁鑄鐵例如：6%Al-1%Cu的鑄鐵，耐熱性好，高溫強度相當高；

4%Al-5%Si的鑄鐵，既耐熱又耐酸。第26頁,